Оптимизация параметров машины для резки пленки: как улучшить качество резки сепаратора литиевого аккумулятора?

Повышение качества резки сепараторов литиевых аккумуляторов является основной целью оптимизации параметров машин для резки тонкой пленки, поскольку качество резки напрямую влияет на безопасность, однородность и производительность аккумулятора.

Низкое качество резки (например, заусенцы, осыпание порошка, складки, заломы) может привести к:

• Внутреннее короткое замыкание: металлические заусенцы или пыль от диафрагмы прокалывают диафрагму, вызывая тепловой пробой.

• Высокая скорость саморазряда: микрокороткие замыкания вызывают быстрое снижение емкости аккумулятора.

• Трудности сборки: скрученные, сморщенные сепараторы влияют на намотку или ламинирование ячеек.

Ниже я подробно расскажу, как улучшить качество резки посредством оптимизации параметров по трем аспектам: основные параметры, стратегии оптимизации и систематические методы.

1. Основные параметры и их влияние на качество резки

Процесс продольной резки по сути представляет собой процесс «растяжения-сдвига», в котором оптимизация параметров позволяет чисто разделять материал с минимальными повреждениями.

1. Контроль натяжения

Это самый важный и основной параметр, который проходит через весь процесс намотки, резки и перемотки.

• Натяжение при размотке: чрезмерное натяжение вызовет деформацию растяжения материала, что повлияет на пористость; слишком малое натяжение приведет к провисанию и отклонению материала.

• Натяжение при резке: напрямую влияет на натяжение материала в момент резки. Если натяжение слишком слабое, материал будет дрожать, и резак легко «вырвет» заусенцы; если натяжение слишком сильное, материал будет перетянут и после резки свернётся, образуя «загнутый край» или даже «дугообразную» деформацию.

• Натяжение при перемотке: влияет на плотность намотки и плоскостность поверхности мастер-рулона. Чрезмерное натяжение может привести к вдавливанию заусенцев предыдущего слоя в следующий, что приведет к образованию вмятин или даже проколов; если натяжение слишком слабое, намотка будет неровной, а край сомнется. Обычно применяется контроль натяжения конуса, то есть натяжение постепенно уменьшается по мере увеличения диаметра рулона, чтобы обеспечить внутреннюю плотность намотки и внешнюю свободную поверхность.

2. Параметры инструментальной системы

• Выбор инструмента:

◦ Материал лезвия: Предпочтительны лезвия с алмазным или керамическим покрытием. Они чрезвычайно износостойкие и долго сохраняют остроту, эффективно снижая образование пыли и заусенцев. Обычные металлические лезвия быстро изнашиваются и требуют частой замены.

◦ Тип инструмента: Обычно используются продольная резка дисковым ножом и бритвой.

▪ Продольная резка дисковыми ножами (типа ножниц): верхний и нижний дисковые ножи взаимодействуют, как ножницы. Качество резки наилучшее, подходит для более толстых и твёрдых мембран. Ключевым моментом является регулировка глубины контакта и величины перекрытия.

▪ Продольная резка (скрайбирование): однолезвийное лезвие режет по жёсткому нижнему ролику, расположенному под материалом. Применение более универсально, а регулировка более гибкая. Ключевыми моментами являются угол наклона ножа и глубина реза.

• Угол наклона:

◦ Это угол наклона лезвия относительно вертикали. Положительный передний угол используется чаще всего и обеспечивает «срез» с низким сопротивлением резанию, меньшим тепловыделением и меньшим количеством заусенцев. Выбор угла следует определять в соответствии с материалом и толщиной диафрагмы.

• Глубина реза:

◦ Относится к глубине, на которую лезвие врезается в нижний ролик. Принцип — «минимальная эффективная глубина врезания».

▪ Слишком мелкое резание: непрерывная резка, приводящая к волочению и длинным заусенцам.

▪ Слишком глубоко: трение лезвия и нижнего ролика усиливается, что приводит к:

◦ Ускоренный износ инструмента и сокращение срока службы.

◦ Выделяет много тепла, которое может расплавить диафрагму, образуя «твердые заусенцы» или расплавленные капли.

◦ Производит больше пыли.

◦ В идеале, просто отрежьте диафрагму и услышите четкий «шелестящий» звук вместо глухого трения.

3. Соответствие скорости

• Скорость линии продольной резки: чем выше скорость, тем выше требования к системе контроля натяжения и остроте инструмента. На высоких скоростях любое незначительное дрожание или нестабильность будут усиливаться. Рекомендуется постепенно увеличивать скорость, обеспечивая качество, и проводить экспериментальное проектирование (DOE) для определения оптимального диапазона скоростей для различных материалов.

• Соотношение скоростей инструмента: при резке дисковыми ножами скорость вращения верхнего и нижнего ножей должна соответствовать линейной скорости материала, чтобы избежать износа и защемления, вызванных относительным скольжением.

4. Другие вспомогательные параметры

• Направляющая система (EPC): обеспечивает постоянную подачу материала по правильной траектории, предотвращая неровную обрезку или односторонние заусенцы, вызванные несоосностью.

• Контроль окружающей среды: Диафрагма чувствительна к статическому электричеству. Установите ионные вентиляторы, чтобы снять статическое электричество и предотвратить накопление пыли и слипание диафрагм. Температура и влажность контролируются для предотвращения накопления влаги и накопления статического электричества на материалах.

2. Стратегии и этапы оптимизации параметров

Это систематический процесс отладки, который невозможно скорректировать изолированно.

1. Настройка

◦ Острый нож: для оптимизации необходимо, чтобы все лезвия были новыми или заточенными.

◦ Очистите станок: тщательно очистите направляющие ролики, держатели инструментов, нижние ролики, любая пыль повлияет на качество.

◦ Точное выравнивание инструмента: убедитесь, что все лезвия расположены на прямой линии и параллельны нижнему ролику.

2. Начальная настройка параметров

◦ Установите консервативный набор начальных параметров (низкая скорость, среднее натяжение, малый угол инструмента) на основе материала диафрагмы (ПП/ПЭ/керамическое покрытие), толщины и ширины, с учетом рекомендуемых значений производителей оборудования и поставщиков материалов.

3. Оптимизация натяжения (основные этапы)

◦ Сначала отрегулируйте натяжение, а затем инструмент!

◦ Отрегулируйте натяжение на всех уровнях, начиная с разматывания, чтобы материал был гладким, тугим, но без видимых растяжений в месте разреза. Слегка прикоснитесь к материалу рукой и почувствуйте его натяжение.

◦ Обратите внимание на касательную: если изгиб имеет правильную волнистую форму, то натяжение, как правило, слишком большое; если края разреза свободные и нитевидные, то натяжение, как правило, слишком мало.

4. Оптимизация параметров инструмента

◦ Зафиксируйте натяжение и приступайте к регулировке инструмента.

◦ Регулировка глубины: начните с самой мелкой и увеличивайте глубину до тех пор, пока не сможете резать материал равномерно и чисто. Затем добавьте ещё 2–5 мкм в качестве запаса. Не заходите слишком глубоко.

◦ Регулировка угла: обычно рекомендуется выбирать в диапазоне от 30° до 45°. Наблюдайте за состоянием стружки (пыли) — в идеале она должна представлять собой мелкий порошок, а не хлопья или волокна.

5. Увеличение скорости и тонкая настройка

◦ После нахождения набора параметров, которые будут постоянно обеспечивать получение хорошего продукта, постепенно увеличивайте скорость резки.

◦ С каждым увеличением скорости может потребоваться точная настройка натяжения и угла инструмента, чтобы компенсировать вибрацию и инерционные эффекты высокой скорости.

6. Оптимизация намотки

◦ Установите правильное начальное натяжение и конусность, чтобы оценить эффект намотки. Использование прижимного ролика поможет удалить воздух и уменьшить стягивание и сморщивание.

3. Систематические методы обеспечения качества

• DOE (Планирование экспериментов): Не пытайтесь экспериментировать по одному, основываясь на опыте. Метод DOE может использоваться для эффективного поиска оптимального сочетания параметров, учитывая взаимодействие натяжения, скорости, глубины резания и других факторов.

• Создать библиотеку параметров: записывать и архивировать оптимальные параметры резки сепараторов из различных материалов и спецификаций (толщина, ширина) для формирования стандартной рабочей инструкции (СОП), что значительно сокращает время на переналадку и отладку.

• Мониторинг и проверка процесса:

◦ Онлайн-инспекция: используйте камеру линейного сканирования для контроля качества отделки в режиме реального времени и своевременного обнаружения таких проблем, как заусенцы и складки.

◦ Обнаружение в автономном режиме:

▪ Микроскопия: Регулярно отбираются пробы для наблюдения за морфологией обрезков под мощным микроскопом (100X-200X) с целью оценки размера и морфологии заусенцев.

▪ Измерение пыли: количество пыли, образующейся при резке, собирается и взвешивается с использованием метода нанесения ленты или метода промывки растворителем.

▪ Проверка поверхности: проверьте поверхность обмотки на наличие дефектов, таких как выпуклости, вмятины, царапины и т. д.

краткое содержание

Повышение качества резки сепараторов литиевых аккумуляторов — это системный проект, охватывающий механические, материальные, контрольные и другие аспекты. Ключ к оптимизации:

1. Понимание принципов: получение глубокого понимания физического процесса «растяжения-сдвига».

2. Поймите суть: контроль натяжения — это душа, а состояние инструмента — это основа.

3. Следуйте процессу: придерживайтесь научного процесса отладки: «сначала отрегулируйте натяжение, затем отрегулируйте инструмент и, наконец, увеличьте скорость».

4. Научный метод: с помощью таких инструментов, как DOE и онлайн-тестирование, перейдите от эмпиризма к управлению данными.

5. Полное участие: Операторы, инженеры-технологи и персонал по техническому обслуживанию оборудования должны тесно сотрудничать для анализа и решения проблем.

Благодаря вышеуказанной систематической оптимизации параметров качество резки сепаратора может быть значительно улучшено, что закладывает прочную основу для производства высокопроизводительных и безопасных литиевых аккумуляторов.